Celulele solare hibride perovskite fabricate roll-to-roll ating eficiențe record – Physics World

Celulele solare hibride perovskite fabricate roll-to-roll ating eficiențe record – Physics World

Marca temporală: 5 aprilie 2024 8:00


Fotografie cu sistemul de imprimare roll-to-roll folosit pentru a produce celulele solare hibride de perovskit
Pe rolă: Tehnica de imprimare roll-to-roll folosită pentru a produce panouri solare hibride de perovskit cu eficiențe de 11% și o suprafață de până la 50 cm2. (Cu amabilitatea: D Vak)

Celulele solare de suprafață mare realizate din materiale hibride de perovskit au făcut un pas mai aproape de comercializare datorită cercetătorilor din Australia și Marea Britanie care au fabricat celulele cu metode industriale pentru prima dată. Produse în condiții ambientale folosind o tehnică cunoscută sub numele de tipărire roll-to-roll, celulele prezintă eficiențe de conversie a puterii relativ ridicate de până la 15.5% pentru celulele individuale cu suprafață mică și 11% pentru cele conectate în serie în module cu suprafață mare. Potrivit cercetătorilor, celulele ar fi, de asemenea, ieftine de produs, costurile calculate scăzând la 0.70 USD per watt odată ce producția atinge 1 000 000 m2 pe an.

Un material perovskit este numit „hibrid” atunci când conține atât componente anorganice, cât și organice. Ca toți perovskiții, hibrizii au formula chimică ABX3, dar în acest caz A este un cation organic, în timp ce B este plumb și X poate fi iodură, bromură sau altă halogenură. Din punct de vedere structural, ele conțin un cadru de halogenură de plumb care este umplut cu mici cationi organici și sunt foarte promițători pentru celulele solare cu peliculă subțire, deoarece banda interzisă reglabilă le permite să absoarbă lumina pe o gamă largă de lungimi de undă din spectrul solar.

„Lucrăm de mult timp la celule solare organice imprimate, dar domeniul celulelor solare organice a avansat relativ lent când au apărut celulele solare perovskite”, spune Doojin Vak ale Australiei Organizația Commonwealth pentru Cercetare Științifică și Industrială (CSIRO), care a condus proiectul împreună cu colegii din Universitatea din Cambridge, Universitatea Monash si Universitatea din New South Wales.

Pentru cercetători precum Vak, lucrul interesant despre celulele solare hibride de perovskit este că eficiența lor de conversie a puterii este, în principiu, la egalitate cu cele ale materialelor consacrate pentru celule solare, cum ar fi siliciul, arseniura de galiu sau telurura de cadmiu. În practică, totuși, celulele solare hibride de perovskit de înaltă eficiență au fost demonstrate până acum doar în laborator. Realizarea de dispozitive eficiente de suprafață mare din aceste materiale folosind procese industriale rămâne o provocare.

O eficiență de 11% pe panouri de 50 cm²

În cea mai recentă lucrare, Vak și colegii săi au arătat că ar putea produce panouri solare hibride de perovskit cu eficiențe de 11% și o suprafață de până la 50 cm.2 folosind tipărirea rolă la rolă. Această tehnică produce celule într-un proces continuu care seamănă cu modul în care sunt tipărite ziarele, cu etape succesive de acoperire, imprimare și uscare transformând o rolă de film la un capăt într-o rolă plină cu produsul finit la celălalt.

Multe procese industriale completează toți acești pași de fabricație într-o singură trecere. În acest caz, totuși, cercetătorii au folosit mai multe execuții pentru a-și fabrica dispozitivele. Ei au înlocuit, de asemenea, electrozii metalici pe bază de vid, folosiți în mod convențional în imprimarea roll-to-roll cu electrozi de carbon imprimați care sunt compatibili cu materialele perovskite.

Datorită acestei ajustări, echipa a reușit să fabrice și să analizeze peste 10 000 de celule solare pe zi. Acest experiment de „debit mare” a permis cercetătorilor să identifice rapid valorile optime pentru diverși parametri de procesare, ceea ce a crescut eficiența dispozitivelor finale.

Prototipuri pentru diverse aplicații

„Ne-am gândit că celulele solare perovskite ar putea fi, de asemenea, imprimate complet ca și cele pe bază de organice și am făcut progrese bune”, spune Vak. „Ultimul obstacol a fost eliminarea electrozilor din spate pe bază de vid și am reușit să atingem acest obiectiv în această lucrare.”

Cercetătorii spun că modulele pe care le-au produs ar putea fi folosite ca prototipuri pentru testare în diverse aplicații. „Deși nu este la un nivel care să fie ușor de adoptat în domeniile tradiționale în care ați utiliza în mod normal tehnologii solare mature, cum ar fi celulele solare cu siliciu, am identificat aplicații. și piețe premium în care această tehnologie va avea un avantaj competitiv”, spune Vak. „De exemplu, am căutat aplicații spațiale și am instalat module solare tipărite de perovskit pe un satelit lansat recent.”

În acest studiu, care este publicat în Natura Comunicaţii, cele mai mari module solare fabricate de cercetători au măsurat 10 cm x 10 cm. Deși acest lucru este considerat semnificativ în cercetarea academică, este încă prea mic pentru aplicații din lumea reală. Următorul pas pentru cercetători este, prin urmare, să-și extindă tehnica. „Din fericire, tocmai am finalizat instalarea unei instalații de tipărire de ultimă generație pentru celule solare perovskite la CSIRO și vom putea progresa tehnologia cu această nouă imprimantă la scară pilot”, spune Vak. Lumea fizicii.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii